Zemin iyileştirme yöntemleri - Taş kolon uygulamaları

Ülkemizde de sınırlı sayıda projede uygulanmıştır. Taş kolonlar ile üstyapı proje yüklerine, saha ve zemin koşullarına bağlı olarak zeminin taşıma kapasitesi artırılmakta, oturma (konsolidasyon) süresi azaltılmakta ve deprem durumunda sıvılaşan veya mukavemeti kaybeden zeminler sağlamlaştırılmaktadır.

Taş kolonlar genellikle yumuşak ve orta katı kil zeminlerde, problemli zemin tabakası kalınlığının genellikle 10.0 m’den az olduğu koşullarda tercih edilmektedir. Taş kolon uygulaması ile oturma problemleri genellikle %50-%60 oranında azaltılabilmekte, taşıma kapasitesi ise çok daha yüksek seviyelere çıkarılabilmektedir.

Taş kolonlarının genellikle uçlarının sağlam bir taban zeminine oturtulması tavsiye edilmektedir. Yapım yöntemi olarak, - vibroflotasyon ataşmanları (su veya hava) ile kolonların oluşturulması - klasik foraj ile problemli zeminin dışarı atılarak yerine çakıl yerleştirilmesi ve sıkıştırılması - boru çakma veya itme ile zeminin sıkıştırılması ve kolonların oluşturulması imalatları yapılabilmektedir. Üstyapı proje yükleri ve zemin koşullarına bağlı olarak 60-100 cm çapında taş kolonlar üçgen veya kare yerleşim planında projelendirilmektedir. İmalatlarda kullanılan taşların temiz, genellikle 10- 50 cm boyutlarında ve içerisindeki ince oranı %5-10 arasında olan malzemeler ile yapılması gerekmektedir. Uygulamada sahada bulunabilecek malzemeye göre tasarımlar yapılabilmektedir.

Taş kolonlar, zeminde konsolidasyonu, şev stabilitesini ve taşıma kapasitesini arttırılması, sıvılaşma, oturma gibi zemin problemlerinin çözümünde kullanılan bir zemin iyileştirme yöntemidir. Gevşek, kohezyonsuz zeminler ve yumuşak, kohezyonlu zeminlerin iyileştirilmesi amacı ile farklı çap ve derinlikte uygulanmaktadır. Diğer zemin iyileştirme yöntemlerine göre uygulama süreci hızlı ve ekonomik olması tercih sebebidir.

Vibro kullanılarak yapılan zemin iyileştirme uygulamaları, genellikle aşırı yüke maruz kalmayan geniş alanlarda, karayollarında, demiryollarında ve havaalanlarında gerek stabilitenin sağlanması gerekse de meydana gelecek farklı oturmaların oturma sürelerinin kontrol altına alınması amacıyla uygulanan bir yöntemdir. Bunun yanında sıvılaşma risklerinin bertaraf edilmesi için de yaygın olarak kullanılmaktadır.

Taş kolon imalatında zemine 0,60-1,0 m çapında ve en fazla 6-12 m derinliğinde çeşitli yöntemlerle kuyular açılır. Kuyuya tabanından itibaren belirli aralıklarla granüler malzeme yerleştirilir ve her seferinde sıkıştırılarak rijit kolonlar elde edilir. Taş kolon yöntemi her türlü zeminde uygulanabilir.

En basit hali ile taş kolon uygulaması şu şekilde açıklanabilir:

Zemine dik bir şekilde belirli aralıklarla ve çaplarda delikler açılır.

Açılan deliklere kademe halinde belirli çaplardaki taş malzeme doldurulur.

Deliklere doldurulan malzeme vibrasyon veya darbe etkisi ile yatay ve düşey yönde sıkıştırılır.

Taş Kolon İmalat Yöntemleri

Taş kolon uygulamasının imalat yöntemleri, zeminden beklenen iyileştirmeye ve uygulanacak zeminin özelliklerine göre seçilir.

Taş kolon imalat yöntemleri şu şekilde sıralanabilir:

Vibrokompaksiyon yöntemi ile taş kolon yapımı,

Darbeli sıkıştırma (tokmaklama) metodu ile taş kolon yapımı.

1. Vibrokompaksiyon Yöntemi ile Taş Kolon İmalatı

Aynı zamanda vibroflotasyon olarak da bilinen vibrokompaksiyon yönteminde şu zamana kadar sıkıştırılmış en uzun mesafe 58 metredir. Vibrokompaksiyon, ince dane oranı %10’dan az olan, kohezyona sahip olmayan zeminleri sıkıştırma işlemidir. Vibrokompaksiyonun yardımcı elemanları, uzun ve ince çelik bir tüp olan vibroflot borusu ile zemini sıkıştırmaya yarayan vibratördür. Vibroflotun en önemli parçası olan vibratör 300 ile 450 mm arasında çapa sahip, 2 ile 5 m arasında değişen içi boş çelik silindirden oluşur. Vibratör hava jetleri veya su aracılığı ile zeminde istenilen derinliğe indirildikten sonra belirli aralıklarla geri çekilir.

1. 1. Vibro Yer Değiştirme Yöntemi (Islak Yöntem)

Vibro yer değiştirme yöntemi, istenilen sıkılığın olmadığı karışık kohezyonlu ve tabakalı zeminlerde uygulanır. Şekilde görüldüğü gibi önce sondanın kendi ağırlığı, titreşim ve yüksek basınçlı su jeti aracılığı ile istenilen derinlikte kuyu şeklinde delik açılır. Eğer zemin kendini tutamıyorsa kılıf geçirilir, taş kolon malzemesi 50-100 cm bölümler halinde kuyu içine dökülür. Ardından kuyu içine dökülen malzeme vibrasyon ile sıkıştırılır. Taş kolon imal edildikten sonra üst zemin silindir ile sıkıştırılarak düzeltilir.

1.2. Vibro Öteleme Yöntemi (Kuru Yöntem)

Vibro öteleme yönteminde ıslak yöntem olan vibro yer değiştirme yönteminden farklı olarak su jeti yerine hava jeti kullanılır. Taş kolon uygulanacak zemin içerisine sondanın kendi ağırlığı, titreşim ve hava jeti yardımı ile istenilen derinlikte kuyu şeklinde delikler açılır. Vibro yer değiştirme yönteminde olduğu gibi açılan deliğe istenilen çaptaki malzemeler tabakalar halinde dökülür. Ardından malzemenin kuyu içinde sıkıştırabilmesi için sonda tekrar kuyu içine girer. Düşey ve yatay yönde sıkıştırma sağlanır, böylece işlem tamamlanır.

2. Darbeli Yöntem (Tokmaklama)

Darbeli yöntem ile taş kolon yapımına bir boru yardımı ile zeminde kuyu açılarak başlanır. Boru, kuyu kenarlarını kapattığından ötürü zeminin kendini tutamaması gibi bir durum söz konusu değildir. Açılan kuyuya diğer yöntemlerdeki gibi seçilen malzeme tabakalar halinde yerleştirilir. Ancak diğer yöntemlerden farklı olarak her dökülen malzeme tabakasının üstüne, zemin içindeki boru yavaşça çekilip tekrar düşürülerek zeminin sıkışması sağlanır. Bu sıkıştırma işlemine tokmaklama denir. Malzeme doldurmaların ardından yapılan darbeler ile malzemeler sıkıştırıldığında taş kolon işlemi tamamlanmış olur.